Cheia sintetică deblochează un cufăr de comori de biologie ascuns

Peste 60% din toate medicamentele, inclusiv antibioticele și tratamentele pentru cancer, sunt derivate din produse naturale sub formă de molecule mici codificate de gene metabolice. Aceste molecule formează adesea structuri chimice complexe, modelate de miliarde de ani de evoluție într-o gamă variată de forme de viață care se întind bacterii, plante și oameni. Cu toate acestea, sutele de mii de căi genetice individuale care fac posibile aceste structuri și, astfel, mențin viața rămân în mare parte neexplorate, în parte din cauza complexității descurajante a variațiilor interacțiunilor genetice și moleculare între specii.

Cu toate acestea, oamenii de știință de la Yale au dezvoltat o nouă tehnologie de biologie sintetică care acționează ca un fel de traducător universal care poate urmări gene neexplorate anterior și evenimente metabolice individuale în diferite organisme, raportează ei în numărul online de 1 aprilie al revistei Cell.

Vă puteți gândi la el ca un limbaj genetic universal, un fel de piatră Rosetta care poate debloca genele și moleculele ascunse ale vieții”, a spus Farren Isaacs, profesor asociat de biologie moleculară, celulară și de dezvoltare la Facultatea de Arte și Științe din Yale și coautor principal al lucrării.

Una dintre noile frontiere de explorat, a spus el, este microbiomul uman, unde trilioane de bacterii interacționează cu gazda lor și au un impact profund asupra sănătății umane. Interacțiunile genetice dintre microbiom și celulele umane oferă o mare promisiune în îmbunătățirea înțelegerii bolii și dezvoltarea de noi terapii medicale. Cu toate acestea, au fost explorate mai puțin de 1% din toate căile genetice potențiale care afectează aceste interacțiuni între specii.

Studiul acestor căi genetice a fost împiedicat de incapacitatea de a crește microorganisme în afara mediilor lor native și în condiții de laborator. Și genele care codifică acești metaboliți sunt adesea reduse la tăcere, făcând imposibilă descoperirea produselor naturale.

Pentru a studia aceste interacțiuni, laboratoarele lui Isaacs și co-autorul principal Jason Crawford, profesor asociat de chimie și patogeneză microbiană și director al Institutului de Design și Descoperire Biomoleculară, au folosit biologia computațională și sinteza ADN-ului pentru a crea o singură „genetică sintetică”. element” sau SGE. SGE, generat din software-ul de proiectare asistată de computer dezvoltat de echipă, reproiectează căile genetice, astfel încât acestea să poată fi activate într-o varietate de organisme gazdă, permițând cercetătorilor să-și determine funcțiile moleculare.

Am reproiectat secvențele de gene și promotorii lor care le controlează funcțiile în diverse organisme”, a spus Jaymin Patel, un student absolvent de la Yale în laboratoarele lui Crawford și Isaacs și primul autor al studiului.

Folosind noul instrument, cercetătorii au putut descoperi cum o cale genetică din microbiomul uman a codificat o clasă necunoscută anterior de metaboliți pe care i-au numit tirocitabine. Acești metaboliți inhibă activitatea translațională și sunt implicați în zeci de alte căi încă de descoperit, raportează cercetătorii.

Căile înrudite, dar necaracterizate în prezent, sunt distribuite pe scară largă în diverse genomi, ceea ce sugerează că o mare parte din diversitatea chimică și biologică a nucleotidelor specializate încă așteaptă descoperire”, a spus Crawford.

Cele două laboratoare din Yale lucrează acum la extinderea utilizării acestei noi descoperiri pentru a explora în cele din urmă mii de căi genetice necunoscute anterior care ar putea explica rolul acestor metaboliți în natură și ar putea aduce beneficii terapeutice posibile.

Acest lucru stabilește scena pentru utilizarea unui motor complet nou de descoperire a biologiei sintetice pentru a identifica zeci de noi produse naturale”, a spus Isaacs. „Suntem gata să pornim.”

Joonseok Oh de la Yale și Shenqi Wang sunt coautorii studiului.

Leave a Comment

Your email address will not be published.